Caracterização da caulinita da região do Rio Capim, Pará

Abstract

Na região do Rio Capim (estado do Pará) localiza-se um dos mais importantes depósitos de caulim do Brasil e também uma das maiores reservas de caulim do mundo. Os depósitos evoluíram a partir da unidade sedimentar Formação Ipixuna de idade Cretácea que possui um horizonte de caulim com aproximadamente 15 metros de espessura. Este horizonte encobre um arenito caulinítico, sendo encoberto por arenitos argilosos contendo lentes enriquecidas em ferro. A parte minerada do depósito (caulim macio) possui em media 6,5 metros de espessura, tendo na parte superior aproximadamente 10 metros de um material não utilizado denominado de caulim duro. A elevada qualidade do caulim com um alto índice de alvura (90 ISO) faz com que o seu uso seja voltado principalmente para a indústria do papel. Neste estudo o objetivo fazer uma caracterização estrutural da caulinita, com um interesse especial na comparação entre os principais tipos de caulins do Rio Capim (o tipo macio, utilizado pela indústria e o endurecido ou duro, que não atinge os critérios de qualidade exigidos para a indústria de cobertura do papel). Na caracterização do mineral inclui a morfologia e o tamanho dos cristais, grau de desordem estrutural e defeitos cristalinos em relação ao posicionamento da amostra no perfil estudado e a substituição de Al no nível octaédrico. Óxidos e hidróxidos de ferro e titânio (hematita, goethita e anatásio) estão presentes em quantidades variadas neste tipo de depósito laterítico, sendo que a caracterização mineral é feita baseando-se principalmente em técnicas espectroscópicas e de difratometria de raios-X. As amostras foram analisadas empregando-se a difratometria de raios-X, microscopia eletrônica de varredura, análise química por EDS, espectroscopia do infravermelho (NIR e MIR), Mössbauer e Raman. O estudo mostrou dois tipos diferentes de cristais de caulinita. Uma caulinita bem ordenada e característica do caulim macio, e outra encontrada no caulim duro e que possui elevado grau de defeitos estruturais. O tamanho e o ordenamento dos cristais diminui em direção ao topo do perfil laterítico. A gênese do caulim duro esta provavelmente conectada com a formação de solo, dissolução e neoformação de caulinitas formadas em eventos anteriores. Foram analisados os cristais de caulinita em diferentes frações granulométricas e os resultados mostram que independentemente do tamanho, possuem um elevado grau de ordenamento. A modelização dos espectros de FTIR e Raman reforçou aspectos de desordem estrutural nos cristais de caulinita. Esta mesma técnica de modelamento tornou possível a identificação ao FTIR da banda a 3686 cm-1, frequentemente observada somente nos espectros de Raman. Estas técnicas associadas com a espectroscopia Mössbauer permitiram descrever com melhor precisão a substituição octaédrica do Al3+ pelo iv Fe3+ na caulinta. Além dos contaminantes do grupo dos óxidos e hidróxidos de ferro foram identificados nas amostras o anatasio e fosfatos do grupo da crandalita.

In the Capim region (Pará state) lie the most important kaolin deposits in Brazil, which are some of the largest reserves of kaolin in the world. The Cretaceous age deposits of the Ipixuna formation contain ~15m thick layers of kaolin that cover kaolinitic sandstones, and are overlain by clayey sandstone with lenses rich in iron. The main ore (‘soft kaolin’) averages 6.5 meters in thickness, having in the upper part ~10m of ‘hard kaolin’. The high quality mineral ore, with a high whiteness index (90 ISO) is used mainly in the paper industry. The main focus of the project was the structural characterization of the kaolinite, with an interest in the comparison between the two main types of kaolins (the ‘soft’ type, used in the industry and the ‘hard/flint’, which doesn’t meet the criteria for use in paper coating). The mineral characterization included the morphology and grain size, structural disorder and crystal defects in relation to the sample position in the studied profile, substitutions of the Al in the octahedral. Iron and titanium oxides (goethite, hematite and anatase) are present in various amounts in this type of lateritic deposits, a mineral characterization and description was made based on the spectroscopic and XRD data. The samples were analyzed by: X-ray diffraction, scanning electron microscopy, chemical analysis by EDS, infrared, Mössbauer and Raman spectroscopy. Two different types of kaolinite crystals could be identified. One is well ordered and is characteristic to the 'soft' part, the other shows a high degree of structural defects and is encountered in the 'flint' part. The size and ordering of the crystals decrease from the bottom to the top of the lateritic profile. The genesis of the 'flint' is probably connected to soil formation, dissolution and neoformation of older kaolinites. The different size fractions crystals in the 'soft' are well ordered. The fitting of the IR and Raman spectra showed features of possible structure disorder in both well and poorly ordered crystals. By fitting we were able to identify the 3686 cm-1 band mostly seen in the Raman spectra also in the IR data. The substitution of Fe3+ in the kaolinite could be proved by Mössbauer and IR/Raman analysis. Along with the iron oxides, we identified in the samples the presence of anatase and of a phosphate from the crandallite group.